آزمایش به روش التراسونیک (UT) Ultrasonic Testing

اساس كار آزمايش به روش امواج فراصوت

http://modireqc.com/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8%B4-%D8%A8%D9%87-%D8%B1%D9%88%D8%B4-%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D8%B3%D9%88%D9%86%DB%8C%DA%A9-ut/

در آزمایش التراسونیک (فرا صوتی) از اصوات با فرکانسی فراتر از آستانه شنوایی انسان، استفاده می‌شود. سرعت انتشار صورت در هر ماده، مقداری ثابت است و از ماده ایی به ماده دیگر متغیر می‌باشد.

انواع مدلهای انتشار موج در مواد :

• امواج طولی (Longitudinal Waves)
• امواج عرضی (Shear Waves)
• امواج سطحی (Surface Waves)
• امواج تخت (Plate Waves)

مثال: سرعت امواج طولی در هوا ۱۱۰۰ فوت بر ثانیه، در فولاد ۱۹۰۰۰ فوت بر ثانیه و در آلومینیوم ۲۰۰۰۰ فوت بر ثانیه می‌باشد.

در روش التراسونیک، انرژی الکتریکی توسط وسیله‌ای به نام پراب (Probe) به انرژی صورتی تبدیل می‌گردد. پراب از یک ماده پیزوالکتریکی ساخته ‌شده که قادر است انرژی الکتریکی را به امواج صوتی و بالعکس تبدیل نماید. بعضی از مواد طبیعی و یا مصنوعی، خاصیت پیزو الکتریکی از خود نشان می‌دهند.

مثال: کوارتز یک پیزوالکتریک طبیعی و"barium titanate "یک پیزوالکتریک مصنوعی محسوب می‌گردد. مواد پیزوالکتریکی زمانی که در معرض اختلاف پتانسیل الکتریکی قرار می‌گیرند، منبسط و منقبض‌شده و امواج صوتی (مکانیکی) تولید می‌نمایند. همچنین زمانی که موج صوتی به آن‌ها برخورد می‌کند، یک اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو سر آن‌ها ایجاد می‌شود.

نحوه كاركرد دستگاه هاي التراسونيك

دستگاه التراسونیک توسط پالسر (Pulser), پالسهای الکتریکی زمان‌بندی شده‌ای تولید نموده و از طریق کابل کواکسیال به ترنسدیوسر منتقل می‌نماید. پراب پالسهای الکتریکی را به امواج صوتی با فرکانس بالا (معمولاً 1-10 MHZ) تبدیل نموده و به قطعه تحت تست منتقل می‌نماید.

امواج صوتی با سرعتی معین در قطعه منتشرشده و با برخورد به یک محیط جدید، بازتاب می‌کنند، منظور از محیط جدید، محیطی است که چگالی آن و یا سرعت انتشار صوت در آن با محیط اولیه متفاوت باشد. در صورتیکه راستای بازتاب‌کننده بر راستای صوت عمود باشد، صوت منعکس‌شده، به پراب بازمی‌گردد.

کریستال پیزوالکتریک، امواج صوتی را دریافت نموده و به پالسهای الکتریکی تبدیل می‌نماید. پالسهای الکتریکی توسط آمپلی‌فایر تقویت‌شده و به صورت سیگنالهایی روی صفحه نمایش (CRT) نمایان می‌شوند. اپراتور با توجه به محل، شکل و ارتفاع سیگنال ها، آن‌ها را تفسیر می‌نماید. با استفاده از بلوک‌های کالیبراسیون با جنس، شکل و ابعاد استاندارد می‌توان دستگاه التراسونیک را به منظور اندازه‌گیری دقیق مسافت پیموده شده صوت، کالبیره نمود. با توجه به طول صوت پیموده شده تا محل عیب می‌توان عمق دقیق آن را نسبت به سطح محاسبه نمود.

بطور کلی صفحه CRT حاوی دو دسته از اطلاعات می‌باشد. محل سیگنال روی محور افقی، بیانگر فاصله فیزیکی بازتاب‌کننده تا ترنسدیوسر و ارتفاع سیگنال بیانگر مقدار نسبی انرژی صوتی بازتابیده شده از بازتاب‌کننده می‌باشد. البته در منتهی‌الیه سمت چپ صفحه CRT ، یک سیگنال تحت عنوان پالس اولیه (Main Bang) به صورت همیشگی وجود دارد.

ارتفاع سیگنال روی صفحه CRT شاخصی از سایز بازتاب‌کننده می‌باشد. یک اپراتور باتجربه قادر است با استفاده از این اطلاعات، نوع، محل و سایز ناپیوستگی را تعیین نموده و با توجه به کد یا استاندارد مربوطه نسبت به قبول یارد آن اقدام نماید .

انواع پراب های التراسونیک

1– پراب نرمال

2- پراب زاویه‌ای

پراب نرمالی، موج طولی تولید نموده و صوت را به صورت عمود بر سطح در قطعه منتشر می‌نمایند. کاربرد این پراب ها ضخامت سنجی و تعیین عمق ناپیوستگی‌ها تا سطح قطعه کار می‌باشد.

پراب های زاویه‌ای، امواج عرضی تولید نموده و صوت را به صورت مایل به قطعه منتقل می‌نمایند. کاربرد این پراب ها، بازرسی جوش می‌باشد زیرا آن‌ها صوت را تحت زاویه، از ناحیه فلز پایه به منطقه جوش منتقل نموده و نیاز به صاف کردن گرده جوش را منتفی می‌نمایند.

به دلیل ناهموار بودن سطح جوش، امکان تست از روی این سطح بدون صاف نمودن آن میسر نمی‌گردد.

انواع روش‌های آزمایش به روش التراسونیک:

- روش تماسی (Contact)

- روش غوطه وری (Immersion)

در روش تماسی، پراب در تماس مستقیم با سطح قطعه قرار می‌گیرد. به منظور حذف نمودن فاصله هوایی بین پراب و سطح قطعه کار و انتقال بهتر انرژی صوتی، از یک مایع تحت عنوان کوپلنت (Couplant)، استفاده می‌گردد.

در روش غوطه‌وری، هم قطعه و هم پراب داخل تانک آب غوطه‌ور شده و صوت از طرق یک مسیر آبی به قطعه منتقل می‌گردد.

در روش اولتراسونیک، ردیابی ناپیوستگی‌های سطحی و عمقی امکان‌پذیر می‌باشد. این روش از حساسیت بالایی در تشخیص ناپیوستگی صفحه‌ای (Planar discontinuities) برخوردار است، مخصوصاً زمانی که راستای صوت عمود بر راستای آن‌ها باشد. ناپیوستگی‌هایی از قبیل تورق، ترک، ذوب ناقص و ناخالصی‌ها، با این روش به خوبی قابل‌ردیابی می‌باشند.

یکی دیگر از کاربردهای التراسونیک غیر از عیب‌یابی، ضخامت سنجی قطعات می‌باشد.

در روش UT به منظور تماس بهتر پراب با سطح قطعه، از کوپلنت­های متفاوتی استفاده می‌گردد. کوپلنت­های متداول عبارتند از: روغن، گریس، گلیسرین، آب ، صابون مایع و مخلوط چسب کاغذدیواری با آب.

كاليبراسيون دستگاه التراسونيك

در آزمایش اولتراسونیک به منظور کالبیر نمودن محورهای افقی و عمودی دستگاه از بلوک‌های کالبیراسیون مخصوصی استفاده می‌گردد.جنس و شرایط سطحی بارهای بلوک‌های کالبیراسیون باید مشابه با قطعه، تحت تست باشد. در این بلوک‌ها اغلب از تعدادی بازتاب‌کننده مرجع از قبیل سوراخ‌های جانبی (Side-drill hole)، سوراخ‌های ته صاف (flat bottom hole) و شیار (Notch) با سایز و محل دقیق به منظور تنظیم حساسیت بازرسی استفاده می‌گردد. سیگنال ناشی از ناپیوستگی در قطعه تحت آزمایش با سیگنال ناشی از بازتاب‌کننده‌های مرجع به منظور رد یا قبول ناپیوستگی، مقایسه می‌گردد.

مزایای آزمايش به روش التراسونيك( UT )

• تعیین سایز و عمق ناپیوستگی‌ها میسر می‌باشد .
• در این روش با دسترسی به یک طرف قطعه کار انجام بازرسی میسر می‌باشد.
• روش التراسونیک حساسیت زیادی در آشکارسازی عیوب صفحه‌ای از جمله ترک و ذوب ناقص دارد مخصوصاً زمانی که راستای صوت بر آن‌ها عمود باشد.
• با روش التراسونیک به دلیل قابلیت نفوذ زیاد صوت، امکان بازرسی قطعات ضخیم میسر می‌گردد.(امواج التراسونيك محدوديت ضخامت ندارند، اما دستگاه هاي التراسونيك معمولا تا عمق 6 متر را نمايش ميدهند)
• دستگاه‌های جدید التراسونیک بسیار سبک بوده و به دلیل مجهز بودن آن‌ها به باطری‌های قابل شارژ، نیازی به جریان برق ندارند.

محدودیت‌های آزمايش به روش التراسونيك( UT )

• تفسیر علائم ، نیاز به مهارت و تجربه بالای اپراتور دارد.
• سطوح تست باید کاملاً صاف بوده و استفاده از کوپلنت در روش تماسی، ضروری می‌باشد
• استفاده از این روش جهت بازرسی قطعات جوشکاری شده، عموماً فقط به آزمایش جوش‌های شیاری (Groove weld) با ضخامت بیشتر از mm 6 محدود می‌گردد.
• حساسیت این روش در تشخیص ناپیوستگی‌های حجمی کوچک مانند حفرات گازی پایین می‌باشد.